【正文】 太陽的時(shí)角用 ? 表示，它定義為 :在正午時(shí) ? =0，每隔一個(gè)小時(shí)增加 15176。在一年中，太陽赤緯每天都在 變化，但不超過士 23176。在周日視運(yùn)動(dòng)中，太陽多出于正東而沒于正西，白晝 和黑夜等長。春分過后，太陽的生落點(diǎn)逐日移向北方，白晝時(shí)間增長，黑夜時(shí)間縮短，正午時(shí)太陽的高度逐日增加。的夾角，而且地球公轉(zhuǎn)時(shí)其自轉(zhuǎn)軸的方向始終不變，總是指向天球的北極。但采用脈沖寬度調(diào)制型控制器，往往包含最大功率的跟蹤功能，只能用 MOS晶體管作為開關(guān)器件。 為了最大限度地利用蓄電池的性能和延長使用壽命，必須對(duì)它的充電條件加以規(guī)定和控制。比對(duì)兩種蓄電池的特點(diǎn)，鉛酸蓄電池價(jià)格低廉，原材料易得，維護(hù)方便，原材料豐富，但體積較大。 在本系統(tǒng)中，考慮選用的控制核心為單片機(jī)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)選用的是步進(jìn)電機(jī)，此種電機(jī)性能可靠，對(duì)于角度量轉(zhuǎn)向控制精確。不能滿足本系統(tǒng)經(jīng)久耐用的研發(fā)要求。 本系統(tǒng)的整體研發(fā)要求是經(jīng)濟(jì)、結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠。用正系數(shù)校正理論值存入控制程序，可以提高跟蹤精度。每當(dāng)試驗(yàn)時(shí)，跟蹤器在跟蹤太陽前先得讓方位軸和俯仰軸自動(dòng)回零 。時(shí)，步進(jìn)電機(jī)發(fā)出 120176。該中心在集熱器性能測試試驗(yàn)中，要求集熱器采光面始終垂直太陽光線，入射角偏差不超過 5176。這種跟蹤裝置主要應(yīng)用于科研，因此最應(yīng)保證的是機(jī)構(gòu)的精度，其造價(jià)相對(duì)也比較昂貴。例如，當(dāng)光照在左邊第 1個(gè)光敏電阻上時(shí)電機(jī)帶動(dòng)定位裝置向逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，光從左邊第 1個(gè)光敏電阻離開并照在左邊第 2個(gè)光敏電阻上，電機(jī)帶動(dòng)定位裝置又向逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)相同的角度，這時(shí)光照在正中央的光敏電阻上，光垂直照在定位裝置上，電機(jī)停轉(zhuǎn) .這種跟蹤裝置通 過在半球狀傳感器上設(shè)置多個(gè)光敏電阻，提高了對(duì)太陽定位的速度，避免了為尋找太陽方位傳感器的重復(fù)擺動(dòng)，但是設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，而且由于每兩個(gè)光敏電阻的間隔造成其不能連續(xù)監(jiān)測和跟蹤太陽位置的變化，跟蹤精度有限。短圓筒允許太陽光偏離角度的范圍為 B，如圖 所示，即太陽光線的偏離角度在 B的范圍內(nèi)，短圓筒內(nèi)部的兩個(gè)光敏電阻不會(huì)出現(xiàn)照度差。高度角的跟蹤基本原理及工作方式雷同。其中一對(duì)光電阻 (PS， P7)東西對(duì)稱安裝在圓筒的內(nèi)側(cè)，用來精確檢測太陽由東往西運(yùn)動(dòng)的偏轉(zhuǎn)角度 。光電式太陽跟蹤裝置使用光敏傳感器來測定入射太陽光線和跟蹤裝置主光軸間的偏差，當(dāng)偏差超過一個(gè)閉值時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)整集熱裝置的位置，直到使太陽光線與集熱裝置光軸重新平行，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽高度角和方位角的跟蹤。當(dāng)太陽重新出現(xiàn)時(shí)，集熱裝置必須作大角度的旋轉(zhuǎn)才能跟上太陽。彈簧則由電磁鐵控制。 這種跟蹤器在實(shí)際中應(yīng)用很廣，其主要的優(yōu)點(diǎn)是 :結(jié)構(gòu)比較簡單，制作費(fèi)用低，純機(jī)械式，不需電子控制部分及外接電源。因?yàn)槿章浜罂諝庾兝?，并且容器?nèi)液體冷卻速度預(yù)先己經(jīng)調(diào)整，東面容器比西面容器冷卻得快，其內(nèi)壓力下降也快，于是東邊變重，使整個(gè)裝置向東傾斜，以待日出。 重力差式跟蹤器是 1799年美國公布的一項(xiàng)專利。這種跟蹤裝置在多云天氣下仍可正常工作，但是存在累計(jì)誤差 ，并且自身不能消除。為了完成這兩個(gè)方向上的跟蹤，機(jī)構(gòu)應(yīng)該采用子午坐標(biāo)跟蹤系統(tǒng)。 近幾年來國內(nèi)不少專家學(xué)者也相繼開展了這方面的研究。太陽能設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換部分的方位軸垂直于地平面，另一根軸與方位軸垂直，稱為俯仰軸。采用這種跟蹤方式，一天之中只有正午時(shí)刻太陽光與柱形拋物面的母線相垂直，此時(shí)太陽能接收率最大 。由于接收器安裝在碟式反射鏡的焦點(diǎn)上，那么只要碟式反射鏡的中軸線跟太陽光線平行，便能保證碟式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的太陽能轉(zhuǎn)換效率為最大。主要特征是采用盤 狀拋物面鏡聚光集熱器，其結(jié)構(gòu)從外形上看類似于大型拋物面雷達(dá)天線。菲涅爾透鏡一方面對(duì)太陽光進(jìn)行聚焦，另一方面對(duì)電池組件也起保護(hù)作用。 圖 聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成 聚光太陽電池是降低太陽電池利用總成本的一種措施 。 太陽能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 在塔式系統(tǒng)中，各個(gè)定日鏡相對(duì)于中心塔有著不同的朝向和距離，因此，每個(gè)定日鏡的跟蹤都要進(jìn)行單獨(dú)的兩維控制，且各個(gè)定日鏡的控制各不相同。隨著技術(shù)的進(jìn)步，光伏系統(tǒng)的成本會(huì)越來越低，性能會(huì)越來越好，應(yīng)用的領(lǐng)域會(huì)越來越寬廣。因此 ,到 20xx年世界光伏系統(tǒng)累計(jì)安裝容量將達(dá)到 14～ 15GW。目前以 %的年平均增長率高速發(fā)展，位于世界能源發(fā)電市場增長率的首位。我國的國土跨度從南至北，自西至東，距離都在 5000km以上，總面積達(dá) 960萬平方公里，占世界陸地總面積的 7%,居世界第三位。 雖然由于緯度的不同、氣候條件的差異造成了太陽能輻射的不均勻但相對(duì)于其他能源來說，太陽能對(duì)于地球上絕 大多數(shù)地區(qū)具有存在的普遍性，可就地取用。 太陽能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 太陽輻射能與煤炭，石油，核能相比較。能源短缺的形勢很嚴(yán)峻，當(dāng)前世界多數(shù)國家對(duì)能源問題都很重視。能源問題關(guān)系到經(jīng) 濟(jì)是否能夠可持續(xù)發(fā)展。 由于時(shí)間及作者目前的知識(shí)限制，跟蹤系統(tǒng) 只是 進(jìn)行粗略的角度跟蹤，有較大誤差，今后如有機(jī)會(huì)再進(jìn)行改進(jìn)。 查閱資料記錄。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（包括電路原理圖）。 關(guān)鍵字： 太陽能電池 太陽照射角 自動(dòng)跟蹤 單片機(jī) 步進(jìn)電機(jī) Abstract With the conventinuous consumption of resources , the conventional enenrgybased energt strcucture has not already more and more adapt to the needs for sustainable development,sppeingup the development of and utilization of solar energy , the photovoltaic technology based on the photovoltaic effect has a very bord application prospect. In the design , we try to design an automatic tracking system with Biaxial in order to enhance solar light electricity conversion efficiency. The system is based on singlechip, orbit the sun elevation angle formula using the sun and calculating azimuth and take the time chip advantage of dualaxis stepper motor driven tracking system, make the solar panels perpendicular to the solar incidence line, to improve the absorption efficiency of solar energy. At present, the design of a simple formula was only for calculating the data, the eastwest to the point of view will be changed once an hour, the northouth perspective will be changed once a day, and then the MCU to return to control things through the night to determine, as well as every haif a year to track the direction of the northsouth change in control. 太陽能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 Because of the time and the current limitations of the knowledge of the author’s , the tracking system to track the point of view is rough , there are many errors , if the opportunity arised the design will be iomproved in the future. Keywords: solar cells Inrradiation angle of sun tracking automatically singlechip Stepping motor 一 、 概述 （一） 能源與環(huán)保 隨著時(shí)代的前進(jìn)，人類社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展速度日益增加，但是與此同時(shí)人類社會(huì)的負(fù)擔(dān)和責(zé)任也隨之增加。一次能源的日益枯竭，已引起全世界的極大關(guān)注。新能源技術(shù)及節(jié)能技術(shù)在世界范圍內(nèi)迅速發(fā)展。有如下的優(yōu)點(diǎn) : “無限性” 太陽能是取之不盡的可再生能源，可利用能量巨大。這就為常規(guī)能源缺乏的國家和地區(qū)解決能源問題提供了美好前景。在我國廣闊富饒的土地上，有著十分豐富的太陽能資源。日本通產(chǎn)省 (MITI)第二次新能源分委會(huì)宣布了光伏、風(fēng)能和太陽熱利用計(jì)劃 ,20xx年光伏發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到 5GW。 太陽能光伏發(fā)電是太陽能利用的重要方式 , 隨著國家西部開發(fā)政策的推行及光明工程的實(shí)施 , 太陽能光伏發(fā)電技術(shù)取得了較快發(fā)展。 （ 四 ） 幾種主要的太 陽能發(fā)電裝置 塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的工作過程是：太陽輻射熱被定日鏡反射集中后，被塔頂?shù)慕邮掌魑?，接收器上的聚光倍率可超過 1000倍。所以，在太陽能熱發(fā)電站中，塔式電站的控制系統(tǒng)最為復(fù)雜。它通過聚光器而使較大面積的太陽光會(huì)聚在一個(gè)較小的范圍內(nèi)，形成“焦斑 ” 或“ 焦帶”，并將太陽電池置于 這種 “ 焦斑 ” 或 “ 焦帶 ” 上，以增加光強(qiáng)，克服太陽輻射能流密度低的缺陷，從而獲得更多的電能輸出。它是電池模塊外罩的一部分，電池組件的散熱器位于電池外罩的陰影里 (正常跟蹤狀態(tài) )，不被太陽光直射，因而便于散熱，使電池的溫度低，效率較高。碟式太陽能發(fā)電系統(tǒng)大體上由 3部分組成 :旋轉(zhuǎn)拋物面反射鏡、接收器和跟蹤裝置。圖 。而在早上或下午太陽光線都是斜射。工作時(shí) 太陽能設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換部分根據(jù)太陽的視日運(yùn)動(dòng)繞方位軸轉(zhuǎn)動(dòng)改變方位角，繞俯仰軸作俯仰運(yùn)動(dòng)改變太陽能設(shè)太陽能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 備的能量轉(zhuǎn)換部分的傾斜角，從而使能量轉(zhuǎn)換部分所在平面的主光軸始終與太陽光線平行。 1929 年推出了太陽灶 自動(dòng)跟蹤系統(tǒng) 。這種跟蹤裝置的主要優(yōu)點(diǎn)是 :結(jié)構(gòu)簡單，便于制造，并且該裝置的控制系統(tǒng)也十分簡單。 （ 3）壓差式太陽跟蹤裝置 .武漢市電子產(chǎn)品研究所，參考國外單軸跟蹤太陽時(shí)角的熱水器，研制了一種壓差式單軸太陽跟蹤器，現(xiàn)己用在太陽能熱水器上。跟蹤器是裝在太陽能利用裝置樞軸兩側(cè)的一對(duì)裝有低沸點(diǎn)液體的密閉容器。要使兩個(gè)容器冷卻速度不同，方法很多，例如可把東邊容器的一部分表面涂上熱輻射率高的涂料，或者把西邊容器的一部分表面加設(shè)絕熱層等等。缺點(diǎn)是沒有足夠的工作空間，而且一般只用于單軸跟蹤，不能完成自動(dòng)對(duì)太陽往返于南北回歸線之間運(yùn)動(dòng)的跟蹤，只能每隔一段時(shí)間，重新對(duì)準(zhǔn)陽光 ，因此精度比較低。電磁鐵的動(dòng)力又由硅太陽能電池板供給。由于系統(tǒng)的慣性很大，如不采取措施往往會(huì)跟蹤過頭，產(chǎn)生較大的誤差 .有了多諧振蕩器后，不管轉(zhuǎn)多大的角度，電磁鐵始終按照吸合一釋放一吸合一釋放的間歇方式動(dòng)作，集熱裝置逐步向西旋轉(zhuǎn)，直至追上太陽。與前 兩種跟蹤裝置相比，光電式跟蹤器可通過反饋消除誤差，控制較精確，電路也比較容易實(shí)現(xiàn)，受到普遍關(guān)注，其工作原理如圖 所示。另一對(duì)光電阻 (P6， PS)南北對(duì)稱安裝在圓筒的內(nèi)側(cè)，用來精確檢測太陽的視高度，傳感器外形如圖 太陽實(shí)際位置 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 集熱裝置 光敏傳感器 + 集熱 裝置實(shí)驗(yàn)位置 圖 光電式太陽跟蹤裝置原理 太陽能電池板照射角自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 示。 為了使傳感器準(zhǔn)確的跟蹤太陽運(yùn)動(dòng)，首先要通過試驗(yàn)找出較為合適的光敏電阻。當(dāng)使用長圓筒時(shí)，假設(shè)太陽光線偏離一個(gè)超出了范圍 A又在 B的范圍內(nèi)的角度，如圖 ，所示因?yàn)槠x角度超過了范圍 A，圓筒內(nèi)部兩個(gè) 光電阻產(chǎn)生了照度差值，該信號(hào)經(jīng)過處理放大，控制跟蹤器跟蹤上太陽；如果此時(shí)使用較短圓筒，偏離角度在 B的范圍內(nèi)則不會(huì)使內(nèi)部兩個(gè)光電阻產(chǎn)生照度差，系統(tǒng)不會(huì)進(jìn)行跟蹤，因此此時(shí)系統(tǒng)的精度高于使用短圓筒的情況。 （ 6）用于天文觀測和氣象臺(tái)的太陽跟蹤裝置。 未來的太陽跟蹤裝置應(yīng)采用全自動(dòng)跟蹤陣。因此需要對(duì)太陽進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤。 /，山此可以計(jì)算集熱器方位角為 a時(shí)步進(jìn)電機(jī)發(fā)出的脈沖數(shù)為 120a/ 。然后根據(jù)太陽當(dāng)前位置從零點(diǎn)處自動(dòng)快速指向太陽 。 圖 太陽集熱跟蹤臺(tái) （ 八 ）本章小結(jié) 在本章節(jié)中分析了現(xiàn)代能源日益短缺的嚴(yán)峻現(xiàn)狀和新型能源發(fā)展的趨勢，從而說明了利用太陽能做為一種新型能源是有效而可行的，太陽能是一種清潔環(huán)保并且用之不竭的能源，如何對(duì)其進(jìn)行利用將是未來能源研究發(fā)展的趨勢。根據(jù)本系統(tǒng)的整體要求，裝置的各組成部分應(yīng)該選用常用而且性價(jià)比與可靠性較高的構(gòu)件，充分考慮其經(jīng)濟(jì)性 .在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要使系統(tǒng)機(jī)構(gòu)盡量簡潔，避免過于復(fù)雜和 昂貴 ，要便于安裝和維護(hù)。因此，太陽能電池 需要 通過膠封、層壓等方式封裝成平板式結(jié)構(gòu)才能投入使用 ，如層壓的封裝方式，即將太陽能電池片的正面和